Når en kriminalitetsforsker eller en læge får en DNA-prøve, er der ofte ikke nok DNA til rådighed til korrekt analyse. For at simulere kroppens egen DNA-replikationsproces udviklede forskere en proces kaldet PCR, der kan fungere som en Xerox-maskine og lave kopi efter kopi af en DNA-prøve. Der er mange komponenter i en PCR-reaktion, og magnesiumchlorid er en af de mest vitale.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Magnesium fungerer som en katalysator i PCR-reaktionen - det enzym, der kræves for at replikere DNA'et, har brug for magnesium for at fungere, og PCR-reaktionen fungerer ikke uden magnesium i blandingen.
Efterligner kroppen
Polymerasekædereaktionen (PCR) blev udviklet for at efterligne naturens egen måde at replikere DNA på. DNA er en gentagen sekvens af nukleotider, og hvert nukleotid indeholder tre dele. Rygraden i DNA er en gentagen sukker- og fosfatenhed, og hvert sukker har en nitrogenholdig base knyttet til sig. Der er fire nitrogenholdige baser; guanin, cytosin, adenin og thymin. DNA består af to sukkerphosphatstrenge, der løber parallelt med hinanden med to nitrogenholdige baser, der forbinder mellem hvert andet sukker. Når DNA replikerer i kroppen, bryder et enzym kaldet helicase båndene mellem de nitrogenholdige baser. Et andet enzym, DNA-polymerase, binder nye nukleotider i stedet for de gamle. Endelig forbinder et tredje enzym kaldet DNA ligase de nye molekyler sammen igen.
PCR-reaktionskomponenter
Et par ændringer skal foretages for at replikere DNA i en laboratoriereaktion. I stedet for helicase bruger en PCR-reaktion simpelthen varme til at bryde bindingerne mellem de nitrogenholdige baser. Human DNA-polymerase er ikke stabil nok til at modstå disse temperaturer. Et lignende molekyle kaldet Taq-polymerase eller termostabil polymerase bruges i stedet for, fordi det kan modstå varmekravene ved PCR. Derudover kræver en PCR-reaktion frie nukleotider, en buffer og magnesium.
Rollen af magnesiumchlorid
Magnesiumchlorid er den foretrukne metode til tilsætning af magnesium til et PCR-eksperiment. Termostabil polymerase kræver tilstedeværelse af magnesium for at fungere som en kofaktor under reaktionsprocessen. Dens rolle svarer til en katalysators rolle: magnesium forbruges faktisk ikke i reaktionen, men reaktionen kan ikke fortsætte uden tilstedeværelsen af magnesiumet.
Virkninger af rigeligt magnesium
Jo mere magnesium der tilsættes til en PCR-reaktion, jo hurtigere vil reaktionen fortsætte. Det er dog ikke nødvendigvis en god ting. Hvis der er for meget magnesium, vil DNA-polymerasen arbejde for hurtigt og ofte lave fejl i kopieringsprocessen. Dette vil føre til, at der produceres mange forskellige DNA-tråde, der ikke nødvendigvis repræsenterer den originale prøve, der blev leveret.
Virkninger af skarpt magnesium
Hvis magnesium er i begrænset forsyning i en reaktion, vil det overhovedet ikke gå så hurtigt som det burde. Du kan forsøge at køre en 40-cyklus PCR, men ikke få den mængde kopier, du har tænkt dig. Hver PCR-cyklus fordobler eksponentielt mængden af DNA i reagensglasset. Så mens du starter med en lille mængde, ender du med mange gange det oprindelige beløb i sidste ende. Hvis der ikke er nok magnesium, aktiveres noget af DNA-polymerasen ikke, og det fungerer ikke. Varmen vil dog have taget det DNA, der allerede er fra hinanden, fra hinanden, og det vil ikke blive genforenet. Derfor kan hele eksperimentet ødelægges, hvis der ikke er nok magnesium til stede.